福建省工程建设地方标准.docx
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福建省工程建设地方标准
福建省工程建设地方标准
超高性能混凝土桥梁设计与施工技术规程
DBJ/T**-**-****
条文说明
制订说明
《超高性能混凝土桥梁设计与施工技术规程》DBJ/T**－***－201*经福建省住房和城乡建设厅2015年7月1日以闽建科[2015]136号文批准发布，并经住房和城乡建设部201*年**月**日以建标标备[201*]*号文批准备案。
为便于大家在使用本规范时能正确理解和执行条文的规定，编制组根据《工程建设标准编写规定》的要求，按照章、节、条的顺序，编制了《超高性能混凝土桥梁设计与施工技术规程》条文说明，对条文规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项进行了说明。
但是，本条文说明不具备与规范正文同等的法律效力，仅供使用者作为理解和把握规范规定的参考。
规范执行中如发现条文说明有欠妥之处，请将意见或建议寄交福州大学土木工程学院。
目次
1总则
1.0.1本条与新版《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）一致，同时也符合国家对城市桥梁的要求和未来的发展趋势。
1.0.2本规范适用于各等级城市超高性能混凝土桥，如板梁桥、T梁桥、箱梁桥等，也适用于采用超高性能混凝土桥梁结构或构件，如超高性能混凝土桥面板、超高性能混凝土叠合板、超高性能混凝土桥墩和超高性能混凝土盖梁等。
1.0.3本规范采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，按分项系数的设计表达式进行超高性能混凝土桥设计，与普通钢筋混凝土桥涵、圬工桥涵和地基基础等结构设计保持一致。
1.0.4超高性能混凝土桥梁设计需满足城市工程结构应具有的安全性、耐久性和适用性的功能要求。
在《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）和《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）及《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）中给出了公路桥涵主体结构的设计使用年限，是按照等级和桥涵规模来考虑的。
考虑到超高性能混凝土材料性能优异，在正常设计、正常施工和正常使用的前提下，本条比上述标准规范的规定有所提高。
2术语和符号
2.1术语
2.1.1超高性能混凝土具有超高抗压/拉强度、高耐久等特性。
要满足其材料性能要求，其组成材料中必须含有矿物微细粉和高效减水剂。
此外，为了避免超高抗压强度导致脆性问题，一般掺入高强度微细钢纤维或者有机纤维。
2.1.2本规程推荐超高性能混凝土采用热养护，若不具备热养护条件而采用其他养护方式，则需通过试验验证后方可采用。
采用热养护，可加快混凝土硬化，快速提高抗压和抗拉强度，一旦热养护完成，就会减少收缩和徐变效应，提高结构的耐久性。
2.1.3-2.1.7超高性能混凝土具有高韧性，为区别其他混凝土材料（如纤维混凝土）具有的高抗拉性能与应变软化现象，提出了超高性能混凝土的应力-应变曲线在超过弹性极限抗拉强度后还应具有应变硬化的特性。
3材料
3.0.1福建省地方标准《超高性能混凝土制备与工程应用技术规程》（DBJ-201*）与本规程同时发布，其组成、材料制备和质量要求应符合该规范规定。
3.0.2超高性能混凝土强度等级应按边长为100mm立方体试件的抗压强度标准值确定，并冠以UC表示，如UC130表示130级混凝土。
抗压强度标准值系指试件用标准方法制作、养护至28d龄期，以标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度（以MPa计）。
本规程参照福建省地方标准《超高性能混凝土制备与工程应用技术规程》（DBJ-201*）关于超高性能混凝土的力学性能等级和耐久性能的规定。
3.0.4超高性能混凝土轴心抗压强度标准值fUck和轴心抗拉强度标准值
应按表3.0.4采用。
1.超高性能混凝土轴心抗压强度标准值fUck由立方体抗压强度标准值fUcu,k经计算确定。
2.考虑到工程实际结构中超高性能混凝土的实体强度与立方体试件强度之间的差异，参照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）中混凝土轴心抗压强度的计算方法，超高性能混凝土轴心抗压强度按式（3.0.3）计算确定：
（3.0.3）
式中：
系数0.88为考虑实际工程构件中超高性能混凝土结构与立方体试件因品质、制作工艺、受荷情况和环境条件等不同，有一定差异，按《公路统一标准》条文说明建议，其抗压强平均换算系数
。
为棱柱体强度与立方体强度之比值，在《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）规范中，C50及以下混凝土，
=0.76，C55～C80混凝土，
=0.78～0.82，由于超高性能混凝土比C80强度高许多，按此规律超高性能混凝土各强度等级
值均高于0.82，由于该部分相关研究还不充分，本规程的超高性能混凝土
=0.82。
在《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）规范中还考虑了脆性折减系数，由于超高性能混凝土中钢纤维的掺入，使得超高性能混凝土的脆性会明显低于普通混凝土，且本规程规定超高性能混凝土中钢纤维的体积掺量不宜低于1.5%，故不考虑脆性折减系数。
3.由于实际工程中所采用钢纤维、基体材料品种和养护方法较多，难以标准化，且抗拉强度测试时的离散性较大，故这里规定超高性能混凝土抗拉强度宜根据所工程所采用的材料由试验确定，当无试验数据时，可近似按表3.0.4采用。
4.因目前尚无工程实际结构中超高性能混凝土实体轴拉强度与试件轴拉强度之间差异的测试数据，本规程仍近似沿用抗压强度的相应系数值0.88，则超高性能混凝土轴心抗拉强度标准值fUtk可采用式（3.0.3-1）计算：
（3.0.3）
3.0.5构件中超高性能混凝土轴心强度设计值fUcd，由超高性能混凝土轴心抗压强度标准值除以混凝土材料分项系数求得。
参考《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）规范
=1.45，超高性能混凝土材料分项系数偏安全取为1.45。
3.0.8目前学者提出的超高性能混凝土受压应力-应变曲线，多数是借鉴普通混凝土的应力-应变关系曲线。
以曲线形式来表达，常用的曲线函数有多项式、指数式、三角函数和有理分式等。
超高性能混凝土的单轴受压应力-应变曲线形式与普通混凝土的近似一致，考虑到超高性能混凝土受压应力-应变曲线上升段的线性段较长，采用了高幂次的多项式取代二次幂对曲线进行模拟；曲线下降段的数学模型与普通混凝土的基本相同。
上述曲线方程的构造方式均依据混凝土受压应力-应变曲线的全曲线几何特点。
典型的曲线如图所示。
图3.0.8-1典型的超高性能混凝土应力-应变全曲线示意图（无量纲）
典型曲线的几何特点可用数学条件描述如下：
1）
，
2）
，
，即上升段曲线
单调减小，且无拐点；
3）
时，
和
，单峰曲线的峰值点；
4）
处坐标
，即下降段曲线上有一拐点；
5）
处坐标
（
）为下降段曲线上曲率最大点；
6）当
时，
，
；
7）
，
。
根据上述的几何条件，受压应力-应变曲线上升段应符合几何条件1、2、3和7，其最简单形式为多项式，由于受压应力-应变曲线上升段的线性部分较长，采用六次幂多项式的数学模型进行拟合。
受拉应力-应变曲线上升段应符合几何条件1、2、3和7，由于现有方程均为三次幂多项式，本规程也采用三次幂多项式的数学模型进行曲线拟合，受拉应力-应变曲线下降段采用与受压曲线相同的方程形式。
本构关系曲线如下图所示
图3.0.8-2超高性能混凝土受压本构关系曲线图
图3.0.8-3超高性能混凝土受拉本构关系曲线图
3.0.9各国规范对于超高性能混凝土的主要分为自收缩和干燥收缩，认为热养护对超高性能混凝土的收缩影响较大，可以忽略热养护后的残余收缩。
不同国家现有规范中对不同养护制度下超高性能混凝土收缩值如表3.0.9的规定：
表3.0.9各国规范对于收缩规定
各国规范
养护制度
自收缩με
干燥收缩με
总收缩με
美国FHWA2006
热养
620~766
标养
555
法国
热养
550
550
标养
550
150
700
瑞士
热养
600~800
600~800
标养
日本与韩国
热养
450
50
500
标养
550
美国FHWA2006推荐美国混凝土协会ACI209公式，因结构形式较为简单，本规程采用。
而对于总收缩，如无实测值，综合上述各国规范取值，本规程对于预制结构可取200με；对于现浇结构：
热养护可取550με，非热养护可取800με。
3.0.10瑞士规范对于未热养护的构件，其加载龄期的徐变应变按下式计算：
（3.0.10-1）
式中徐变系数
（3.0.10-2）
表3.0.9-1公式（3.0.9-2）参数取值
t0[天]
养护
a
b
4
20°C
1.2
0.6
3.2
7
20°C
1.0
0.6
4.5
28
20°C
0.9
0.6
10
-
热养护
0.3
0.6
10
由以上数据分别做出徐变系数在不同加载龄期的随时间变化的函数图像。
图3.0.10徐变系数
由各个加载龄期的徐变系数的函数图形可知，徐变在1年时间内基本已经完成。
故本规程偏安全取最终徐变系数：
无热养护：
1.2（t0=4d）；1.0（t0=7d）；0.9（t0=28d）；热养护0.3。
4结构设计
4.1一般规定
4.1.1由于超高性能混凝土受力机理复杂，关于其结构承载力的理论计算目前还没有达成统一的认识，因此，本规范建议进行数值分析计算，其单轴应力-应变关系采用实测曲线或本规程3.0.8条给出的曲线。
4.2持久状况承载能力极限状态计算
4.2.1钢筋超高性能混凝土受弯构件处于承载极限状态时，受拉区混凝土大部分面积已开裂，但由于超高性能混凝土中钢纤维的桥接作用，超高性能混凝土受弯构件裂缝宽度开展较小，开裂部分仍能承受拉应力。
随着荷载的增加，裂缝沿着截面高度发展，此时受压区高度不断减小。
应力假定时，对于混凝土受压区，破坏时受弯构件顶缘的混凝土处于受压极限，此时受压区靠近梁顶缘区域应力由于塑性作用而为圆弧状，大部分受压区仍处于弹性状态。
故截面应力、应变分布如图4.2.1。
钢筋超高性能混凝土板、梁构件正截面的抗弯承载力应按下列基本假定进行计算：
1构件弯曲后，其截面仍保持为平面。
2截面受压区混凝土的应力图形为三角形，其受压混凝土强度取轴心抗压强度设计值
；截面受拉区混凝土的应力图形为矩形，其受拉混凝土强度取折减系数k与轴心抗拉强度设计值fUtd乘积。
3极限状态计算时，受拉区钢筋应力取其抗拉强度设计值
（小偏压构件除外）；受压区或受压较大边钢筋应力取其抗压强度设计值
。
4钢筋应力等于钢筋应变与其弹性模量的乘积，但不大于其强度设计值。
通过式（4.2.1-1）和（4.2.1-2）从而解得受压区高度xc为式（4.2.1）：
（4.2.1）
将受压区高度xc的表达式代入式子（4.2.1-1），即可得到折减系数k与极限承载力Mu的关系，故仅要确定强度折减系数k就可以得出承载极限计算式。
通过文献（傅元方2016）的结果可知，折减系数β处于0.80~1.0之间，折减系数平均值为0.88，故可取折减系数k为0.88。
参考文献，傅元方，“超高性能混凝土梁受弯性能研究”，硕士论文，福州大学，2016
4.2.2~4.2.3以受拉区钢筋和超高性能混凝土控制设计，纵向钢筋极限拉应变取0.005，受压区超高性能混凝土可能达到抗压强度，也可能达不到抗压强度，可将受压区应力分布近似为三角形。
本规程将超高性能混凝土受拉区的应力分布等效为近似矩形应力分布图，采用系数对超高性能混凝土抗拉强度进行折减。
4.2.4相关试验表明桁架-拱模型理论与超高性能混凝土斜截面受剪破坏形式较为相符。
故对于超高性能混凝土受弯构件斜截面受剪承载力计算式，本规程采用桁架-拱模型理论推导得到的。
并在受剪计算式中分别考虑了混凝土、箍筋和纤维对抗剪承载力的贡献。
（1）采用桁架-拱理论推导过程中对于梁受剪破坏的斜裂缝倾角θ，本规程偏安全的取θ=45°
（2）在混凝土对抗剪承载力贡献中，考虑了超高性能混凝土的软化系数
，取
，此软化系数是目前已有的超高性能混凝土梁受剪资料进行拟合得到的。
4.2.6公式形式来源于JTGD62-2004，钢筋混凝土采用的是0.90，UHPC采用了日本的强度折减系数0.85，
采用福州大学试验和有限元分析结果。
4.3持久状况正常使用极限状态计算
4.3.3受弯构件即将开裂时，受拉区的部分区域已经进入塑性阶段，即受拉应力-应变曲线的上升段，截面下缘达到峰值应力；由于超高性能混凝土受拉曲线上升段的线性程度较高，且近似于直线，因此，为简化计算，将其应力分布近似为三角形。
受压区混凝土的压应力较小，应力分布为三角形。
考虑到截面几何形式的不同，将截面受压区和受拉区超高性能混凝土的应力面积之和采用积分形式表现。
5构造
5.0.3～5.0.5在超高性能混凝土结构中，由于钢纤维的存在，可以减少或不配普通钢筋，从而减少工程造价，这方面在马来西亚超高性能混凝土桥梁实践中得到了证明。
6施工
6.2原材料贮存
6.2.1～6.2.6超高性能混凝土所用的粉料种类多，避免相混和防潮是共同的要求。
骨料堆场采用遮雨设施已逐步在预拌棍凝土搅拌站得到实施，超高性能混凝土水胶比低，强度对用水量的变化极其敏感，采用遮雨措施防止骨料含水量波动，对保证施工配合比的准确性非常重要。
超高性能混凝土常用的液态外加剂（比如聚竣酸系高性能减水剂）受冻后性能会降低。
6.3搅拌与运输
6.3.4采用可调速的强制式搅拌机有利于超高性能混凝土的搅拌。
6.3.6由于超高性能混凝土掺入了微细纤维，若在投料过程中未进行充分分散，将可能导致搅拌过程纤维结团的现象。
因此，在搅拌机宜设置防止钢纤维结团的下料装置。
6.3.8混凝土搅拌运输车罐内积水或者积浆会导致超高性能混凝土的配合比失真。
6.3.9采用外加剂调整超高性能混凝土拌合物的可操作时间并控制混凝土出机至现场接收不超过90min是易行的。
运输保证浇筑的连续性有利于避免超高性能混凝土结构出现因浇筑间断产生的冷缝或薄弱层。
6.4浇筑
6.4.1超高性能混凝土拌合物中骨料直径小，浆体多且流动性大，浇筑过程对模板的压力大，且容易漏浆和胀模，故支模是超高性能混凝土施工的关键环节之一。
6.4.2超高性能混凝土采用分层浇筑时，其分层厚度不宜过大，层间浇筑间隔时间不宜过长，层间不应出现冷缝，这有利于保证每层混凝土浇筑质量和整体结构的匀质性。
自密实的超高性能混凝土浇筑不受此条规定的限制。
6.4.3由于超高性能混凝土掺有高强度微细纤维，为避免纤维结团，不宜采用插入式振捣器进行振捣。
6.5养护
6.5.1~6.5.2采用《活性粉末混凝土》（GB/T31387-2015）的养护规定。
6.5.3超高性能混凝土的早期收缩比较大，若再发生表面水分损失，会加大混凝土开裂倾向，因此宜采取措施防止混凝土浇筑成型后的表面水分损失。
6.5.4若不具备热养护条件而采用其他养护方式，则需通过试验验证后方可采用。
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